《Cell Death and Disease》揭秘 Sox30：睾丸细胞发育的 “幕后推手” 与男性不育症的潜在密码

为解决 Sox30 在睾丸细胞发育和分化中作用不明的问题，重庆医科大学等单位的研究人员开展相关研究。结果发现 Sox30 影响睾丸各类细胞，尤其主导精母细胞分化。该研究为男性生殖机制研究及不育症治疗提供新思路，值得科研人员一读。

　　

在神秘的生命繁衍世界里，雄性生育能力的正常维持可太重要啦！它就像一台精密的仪器，而睾丸则是这台仪器里的核心部件。睾丸里的生殖细胞和体细胞正常发育，就如同仪器的各个零件正常运转，才能保证雄性顺利产生精子，实现生育功能。

在这个过程中，有一个 “神秘嘉宾”——SRY - box（Sox）蛋白家族，它们可是细胞发育和分化的 “指挥官”，家族成员众多，广泛参与到各种重要的生命活动中。Sox30 作为其中一员，还是雄性特有的基因，在成年睾丸中高度表达。本以为它在雄性生殖这件大事上的作用应该被大家摸得透透的了，可事实却让人意外！虽然之前研究发现 Sox30 在精子发生过程中挺关键，敲除它的小鼠会出现睾丸病理缺陷，还没了生育能力，但它在睾丸细胞发育和分化中具体发挥什么作用，科学家们还没有完全搞清楚。比如，Sox30 主要在精子发生的哪个阶段发挥作用，是前期、中期还是后期？它又是怎么影响睾丸里各种细胞之间的 “交流合作” 的呢？这些问题就像一团团迷雾，笼罩在科研人员的心头，亟待解决。

为了揭开这些谜团，重庆医科大学和陆军军医大学的研究人员开启了一场探索之旅。他们的研究成果发表在了《Cell Death and Disease》期刊上，论文题目是 “Single - cell RNA - seq and pathological phenotype reveal the functional atlas and precise roles of Sox30 in testicular cell development and differentiation” 。经过一系列深入研究，他们发现 Sox30 在睾丸细胞发育和分化中扮演着超级重要的角色，它主要推动初级精母细胞的分化，还对睾丸支持细胞（Sertoli cell）和间质细胞（Leydig cell）的成熟表型，以及精原细胞的增殖和分化有重要影响。这一发现，就像是在黑暗中点亮了一盏明灯，为我们深入了解雄性生殖机制提供了关键线索，也为后续治疗男性不育等相关疾病带来了新的希望。

研究人员为了开展这项研究，用了好几个 “厉害武器”。首先是单细胞 RNA 测序技术，这就像是给细胞做了一个 “深度体检”，能详细了解每个细胞的基因表达情况；还有病理表型分析，通过它可以直观地观察睾丸组织的形态变化；另外，研究人员还用到了细胞增殖分析、免疫荧光分析、免疫组化分析等技术，这些技术相互配合，帮助研究人员从不同角度探究 Sox30 的奥秘。

下面咱们来详细看看研究人员都发现了啥。

Sox30 敲除小鼠睾丸细胞群体的变化

研究人员先给野生型（Sox30^+/+）和 Sox30 敲除（Sox30^-/-）小鼠的睾丸细胞做了单细胞测序。这一测，发现了大秘密！根据已知细胞类型特异性标记基因的表达，他们识别出了 10 种细胞簇，包括精原细胞、精母细胞、精子细胞，还有支持细胞、间质细胞等。再仔细对比两种小鼠睾丸细胞的比例，好家伙，变化可真不小！Sox30 敲除小鼠的精原细胞和精母细胞比例大幅增加，精子细胞比例却大幅下降。还有那个神秘的 “未知细胞簇”，在 Sox30 敲除小鼠中的比例竟然增加了近 20 倍！研究人员推测，这个未知细胞簇可能是之前报道过的多核细胞。这就好比原本有序的细胞 “大家庭”，因为 Sox30 的缺失，各个成员的数量和比例都发生了混乱。

Sox30 对睾丸亚细胞类型群体的精确影响

研究人员接着深入研究，对主要细胞类型进行了亚聚类分析。这就像是在细胞 “大家庭” 里，又细分出了不同的 “小家族”。

• 精原细胞：精原细胞被分为两个亚簇。其中，spermatogonia_1 表达一些精原干细胞标记和早期分化标记，被认定为 A 型精原细胞；spermatogonia_2 表达 Stra8 和 Dmrtb1 等基因，是 B 型 / 前细线期精原细胞。Sox30 敲除后，A 型精原细胞比例增加，B 型 / 前细线期精原细胞比例下降，这说明 Sox30 可能影响了精原细胞的分化。就好像精原细胞的分化 “路线图”，因为 Sox30 的缺失，发生了改变。

• 精母细胞：精母细胞的变化更有趣。Sox30^+/+小鼠的精母细胞分为两个亚簇，而 Sox30^-/-小鼠的精母细胞却分成了四个亚簇，还出现了三个新的亚簇。研究人员根据各种标记基因，给这些亚簇一一 “命名”。比如，spermatocyte_1 是减数分裂 I（细线期 - 粗线期）的初级精母细胞，spermatocyte_3 可能是次级精母细胞。在 Sox30^-/-小鼠中，初级精母细胞比例增加，正常发育的次级精母细胞消失了，这表明 Sox30 敲除会导致精母细胞在减数分裂早期停滞。这就好比精母细胞的 “成长之路” 被 Sox30 敲除这个 “路障” 挡住了，没办法顺利走向成熟。

• 精子细胞：精子细胞被分为四个亚簇，其中 spermatid_1 可能是圆形精子细胞，spermatid_2 是伸长精子细胞。Sox30 敲除后，圆形精子细胞比例增加，伸长精子细胞比例下降，这表明 Sox30 对精子细胞的形成影响很大。

• 支持细胞：支持细胞分为三个亚簇，分别是成熟支持细胞（mSCs）、未成熟样支持细胞（imSCs）和凋亡 / 衰老支持细胞（seSCs）。Sox30 敲除后，imSCs 比例增加，mSCs 和 seSCs 比例下降，说明 Sox30 可能参与调控支持细胞的成熟过程。

• 间质细胞：间质细胞分为两个亚簇，Leydig cell_1 是未成熟间质细胞（imLCs），Leydig cell_2 是成熟间质细胞（mLCs）。Sox30 敲除后，imLCs 比例下降，mLCs 比例上升，表明 Sox30 对间质细胞的成熟表型有明显影响。

Sox30 敲除小鼠睾丸主要改变细胞的验证

为了进一步确认这些发现，研究人员给不同基因型小鼠的睾丸做了病理 H&E 染色和定量分析。结果和单细胞测序的结果完美 “匹配”！Sox30 敲除小鼠的精原细胞、精母细胞、支持细胞和间质细胞比例增加，精子细胞比例减少，还出现了多核细胞、空泡等异常情况。研究人员又用 EdU 检测精原细胞的增殖，用免疫荧光染色检测初级精母细胞和间质细胞的数量，结果都证实了单细胞测序的发现。这就像是给之前的研究结果上了一道 “保险”，让结论更加可靠。

Sox30 在睾丸细胞分化中的作用

研究人员还想知道 Sox30 在睾丸细胞分化中到底扮演什么角色，于是他们构建了细胞分化的伪时间轨迹。这一构建，发现了有趣的现象！精原细胞的分化轨迹会分成两个主要的精母细胞分支，Sox30^-/-小鼠和 Sox30^+/+小鼠的精母细胞分别位于不同的分支末端。而且，Sox30^-/-小鼠精子细胞亚簇的发育也不完整。这表明 Sox30 主要影响了精母细胞的发育轨迹，导致精子细胞簇大量缺失。就好像 Sox30 是精母细胞发育的 “导航仪”，一旦它出了问题，精母细胞就会 “迷路”，没办法正常发育成精子细胞。

Sox30 参与睾丸细胞间的通讯

睾丸里各种细胞之间的 “交流” 对维持睾丸正常功能可重要啦！研究人员用 CellChat 分析了细胞间的通讯情况，发现 Sox30 在其中起着关键作用。Sox30 敲除后，睾丸细胞间的配体 - 受体信号强度和数量都发生了改变。比如，精原细胞和支持细胞、间质细胞等之间的通讯减弱了，而和精子细胞之间的通讯却增强了。这就像细胞之间的 “通讯网络” 因为 Sox30 的缺失，变得混乱不堪，可能会影响精子的生成和睾丸的正常功能。

Sox30 对睾丸转录因子调控网络的影响

转录因子可是调控细胞命运的 “大管家”。研究人员用 SCENIC 评估了转录因子调控子的活性，构建了转录因子中心的基因共表达网络。结果发现，Sox30 敲除后，不同细胞中转录因子的类型和活性都发生了显著变化。在精原细胞、精母细胞、精子细胞等细胞中，很多转录因子的调控子活性都改变了，这些变化和细胞的异常发育状态密切相关。而且，不同细胞亚簇的转录因子网络也受到了影响。这表明 Sox30 对睾丸细胞的转录因子网络影响很大，可能通过调控转录因子来影响细胞的发育和分化。

Sox30 在主要睾丸细胞中的关键作用和调控途径

研究人员还分析了 Sox30 敲除小鼠和野生型小鼠主要睾丸细胞中的差异表达基因（DEGs），并进行了 GO 和 KEGG 富集分析。结果发现，这些差异表达基因在很多生物学过程和细胞组分中都有富集，比如精子细胞发育、纤毛运动等。KEGG 富集分析还发现，Sox30 在不同细胞中参与了不同的信号通路，比如在精原细胞中参与酪氨酸代谢、Wnt 信号通路等，在精母细胞中参与肌动蛋白细胞骨架调节等。这说明 Sox30 主要参与精子细胞的发育和分化，还可能通过影响纤毛相关事件参与睾丸生殖细胞和体细胞的运动，并且通过不同的分子途径调控不同睾丸细胞的特征。

总的来说，研究人员通过一系列实验，全面又深入地揭示了 Sox30 在睾丸细胞发育和分化中的重要作用。Sox30 就像是睾丸细胞发育的 “总指挥”，主要负责驱动精母细胞的发育和分化。没了它，精母细胞就会被困在减数分裂 I 阶段，这很可能就是导致无精子症的原因。而且，Sox30 还在精原细胞的增殖分化，以及支持细胞和间质细胞的成熟过程中发挥着关键作用。它通过调控这些主要睾丸细胞的发育轨迹、细胞间通讯和转录因子网络来实现这些功能。虽然研究取得了重大突破，但仍有一些问题需要进一步探索，比如 Sox30 在某些不表达它的细胞中的作用机制还不太清楚，未来需要构建条件性敲除小鼠模型来深入研究。不过，这项研究已经为我们理解雄性生殖机制提供了非常重要的信息，也为治疗男性不育等相关疾病指明了新的方向，就像为后续的研究铺好了一块坚实的基石，让我们对未来攻克男性生殖难题充满了期待！